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纳米领域的一项前沿研究,有望消除汽车尾气PM2.5

来源:化学加      2016-02-25
导读:雾霾,已经成为我国经济发展过程中一个无法隐匿的痛点。除了工厂废气,汽车尾气也是PM2.5的一项来源。怎样在其进入大气前消除其中的PM2.5颗粒已经成为重要的课题。纳米领域的一项前沿研究提供了一种廉价而又可行的方案。

  “北京目前状态:遛狗不见狗,狗绳提在手,见绳不见手,狗叫我才走。”

  “今天一开窗户我还以为自己瞎了呢!”


  不知何时起,国人调侃雾霾天气已经成了新常态。PM2.5成为了百姓耳熟能详的词汇。在城市中,机动车尾气排放已经成为雾霾颗粒的重要来源。如何有效降低来自车辆尾气的污染?其实业界没少在这方面下功夫。比如在汽车尾气管上装上形形色色的过滤器,但是这些过滤装置需要设计成多孔状以增大与尾气的接触面积,其代价是压力增加、燃料利用率下降;工业上的静电吸附除尘装置倒是可以借鉴,但是似乎又需要额外的燃料消耗来补给需要的电能,得不偿失。

  咋办?来自纳米科研领域的大牛王中林说:”同志们那,这是一道送分题。“ 该课题组采用了摩擦静电技术,既不会使尾管压力增加,也不需要额外的电能供给,即可过滤掉95.5%的PM2.5,同时对PM1.0、PM5.0、PM10都具有高截留能力。

------------什么原理?----------

  摩擦静电技术,没错,和小学自然课本上用塑料棒磨磨头发再去粘小纸片的原理是基本类似的。这里摩擦什么东西呢?就是这些塑料粒子,它的材质是聚四氟乙烯。



  把这些颗粒放在有着上下金属铝电极板的盒子之中,再把这个盒子接到尾气管上,就可以过滤各种PM了。


  就这么简单?是的,真正有用的科研,并不需要太多花里胡哨的东西。

  我们知道,车辆在行驶的过程中,无时不刻不在发生着车震,哦不,是车辆的震动。哪怕震动程度非常小,足以使这些小塑料颗粒不断地跳动与摩擦,并与金属极板不断地撞击。这就会在塑料颗粒表面迅速积累负电荷。

  当然,这种性质得益于该塑料材质——聚四氟乙烯——其电负性非常大。负电荷肯定不是凭空产生的,而是金属极板上转移过来。所以,根据电荷守恒,金属极板上就积累了负电荷。这样在塑料粒子与金属极板之间就产生了电场,从尾气管中排出的废气颗粒,相当一部分都是带电的,自然就会在电场下被塑料粒子或极板吸附。那不带电荷的废气颗粒咋办?别担心,把盒子里的气路做得曲折一些,就可以增加其机械过滤作用。

----------实战效果怎么样?--------

  实战?这是本文的研究僧小哥最愿意做的事了,因为可以边开车边做实验:


  (装置虽然做得丑了点,但是这是科研,解决问题才是硬道理)。

  开到西直门下车测个数,开到五道口再下来测个数。开了两天把北京景点逛了个遍,顺便也把实验数据测完了。

  逛完景点回来整理一下数据,发现效果有点惊人呢:


  也就是说,对于1.0微米以上的尾气颗粒,都有着极好的过滤效果。当然如果非要吹毛求疵的话,就会发现,过滤效率随着使用时间的延长而缓慢降低。作者也打开过使用后的装置,发现塑料颗粒已经被吸附的颗粒物熏黑了。不过,好就好在,这些塑料用水洗洗还能用!效果跟新塑料没啥大区别。



  总之,王中林课题组的这项发明,让我们看到了车辆高效且低耗除雾霾颗粒的新方法,为抗霾事业贡献了一份力量。至于这项技术能否全面产业化,让我们拭目以待。

参考文献:

Han, C. B.; Jiang, T.; Zhang, C.; Li, X. H.; Zhang, C. Y.; Cao, X.; Wang, Z. L., Removal of Particulate Matter Emissions from a Vehicle Using a Self-Powered Triboelectric Filter. Acs Nano 2015, 9 (12), 12552-12561.

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